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原文传递基于能量分析的岩石材料损伤演化过程中特征应力确定方法

专利名称：	基于能量分析的岩石材料损伤演化过程中特征应力确定方法
摘要：	本发明公开了一种基于能量分析的岩石材料损伤演化过程中特征应力确定方法，主要涉及岩石材料损伤演化中裂纹闭合应力、起裂应力、损伤应力。以耗能比‑轴向应变曲线上耗能比最小值为第1点作竖直线1，在轴向应力‑应变曲线外包络线上可找到岩石损伤应力；以该点沿着耗能比‑轴向应变曲线向左上方作直线1，直线1偏离耗能比‑轴向应变曲线的位置作竖直线2，对应轴向应力‑应变曲线外包络线上的交点为岩石起裂应力；以岩石起裂应力为第2点沿着轴向应力‑应变曲线外包络线，向坐标原点作直线2，偏离轴向应力‑应变曲线外包络线的位置，为岩石裂纹闭合应力。本发明方法可操作性强，更能减少人为主观性；且在操作过程和确定特征应力数量上更有优势。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国矿业大学(北京)
发明人：	杨小彬;程虹铭;聂朝刚;吕嘉琦;侯鑫
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-08T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910729885.1
公开号：	CN110296892A
代理机构：	郑州市华翔专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	马鹏鹞
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100083 北京市海淀区学院路丁11号
主权项：	1.基于能量分析的岩石材料损伤演化过程中特征应力确定方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)现场钻取完整岩芯； (2)对上述岩芯进行加工，制备圆柱试样； (3)将制备的圆柱试样分A、B两组； (4)根据现场情况，确定围压值P；对A组试样实施常规单轴试验或三轴试验，确定岩石峰值应力值σf或岩石峰值应变值εf； (5)对B组试样实施上述围压值P下的分级循环加卸载试验；峰前卸载点取上述岩石峰值应力值σf或岩石峰值应变值εf中至少九个点； (6)绘制分级循环加卸载轴向应力-应变曲线； (7)根据上述轴向应力-应变曲线，采用面积积分的方法，计算单次加载曲线下面积，即单次加卸载总输入能量；计算单次卸载曲线下面积，即单次加卸载弹性应变能； (8)根据单次加卸载总输入能量和单次加卸载弹性应变能，计算单次加卸载下耗散能，即单次加卸载下耗散能＝单次加卸载总输入能量-单次加卸载弹性应变能； (9)根据上述计算得到的单次加卸载下耗散能，计算单次加卸载下耗散能与单次加卸载总输入能量的比值，即单次加卸载下耗能比； (10)根据上述单次加卸载下耗能比的计算方法，可得整个分级循环加卸载下耗能比值； (11)在上述分级循环加卸载轴向应力-应变曲线上，以单次循环加卸载的卸载点轴向应变值为横坐标，绘制耗能比-轴向应变曲线； (12)以上述耗能比-轴向应变曲线上耗能比最小值点为第1点，并以第1点为起点向上作竖直线，记为竖直线1，竖直线1与分级循环加卸载轴向应力-应变曲线相交，考虑岩石记忆特性，取与分级循环加卸载轴向应力-应变曲线外包络线的交点为岩石损伤应力σcd；再以第1点为起点沿着耗能比-轴向应变曲线向左上方作直线，记为直线1，在直线1偏离耗能比-轴向应变曲线位置向上作竖直线，记为竖直线2，竖直线2与分级循环加卸载轴向应力-应变曲线相交，考虑岩石记忆特性，取与分级循环加卸载轴向应力-应变曲线外包络线的交点为岩石起裂应力σci；记岩石起裂应力位置为第2点，以第2点为起点沿着分级循环加卸载轴向应力-应变曲线外包络线向坐标原点作直线，记为直线2，直线2偏离外包络线位置对应的应力值为岩石裂纹闭合应力σcc。 2.根据权利要求1所述的基于能量分析的岩石材料损伤演化过程中特征应力确定方法，其特征在于，步骤(2)中圆柱试样的直径为50mm，高度为100mm。 3.根据权利要求1所述的基于能量分析的岩石材料损伤演化过程中特征应力确定方法，其特征在于，步骤(4)中单轴试验的围压P为0，三轴试验的围压P不为0。 4.根据权利要求1所述的基于能量分析的岩石材料损伤演化过程中特征应力确定方法，其特征在于，步骤(5)中九个点分别为峰值应力值σf或峰值应变值εf的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％。 5.根据权利要求1所述的基于能量分析的岩石材料损伤演化过程中特征应力确定方法，其特征在于，步骤(5)中应变软化阶段进行至少一次加卸载试验；残余应力阶段进行至少一次加卸载试验；应变软化阶段的加卸载试验围压P不为0；残余应力阶段的加卸载试验围压P不为0。 6.根据权利要求1所述的基于能量分析的岩石材料损伤演化过程中特征应力确定方法，其特征在于，步骤(8)中单次加卸载下耗散能的计算方法为：以第i次循环加卸载为例，单次加卸载下耗散能及耗能比计算如下：加载曲线AB高于卸载曲线BC，岩石加载过程中引起的总变形εi，在卸载阶段可释放出可恢复变形保存下残余变形这部分变形用于岩石损伤或塑性变形能量耗散；从能量的角度上说，加载曲线AB下面积为总输入能量，卸载曲线BC下面积为卸载恢复的应变能，两者之差即为加卸载下耗散的能量Wid，即：式中：σ为加卸载过程中应力；Wi、Wie、Wid分别为单位体积岩样第i次循环加卸载总输入能量、弹性应变能和耗散能；Wie为应力和弹性应变的函数；Wid用于岩石的不可逆变形消耗及其他能量释放。 7.根据权利要求1所述的基于能量分析的岩石材料损伤演化过程中特征应力确定方法，其特征在于，步骤(9)中耗能比ηi的计算方法为：。
所属类别：	发明专利